FR2490420A1 - Circuit de correction du facteur de puissance pour alimentation electrique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT DE CORRECTION DU FACTEUR DE PUISSANCE. ELLE SE RAPPORTE A UN CIRCUIT COMPRENANT UN ARRANGEMENT 30 DE CONDENSATEURS A N ETAGES, COMPRENANT DES RESEAUX DE CONDENSATEURS COMMUTES ENTRE LES PAIRES DE LIGNES DE SORTIE D'UNE MACHINE 12 D'INDUCTION. LA COMMUTATION DES CONDENSATEURS EST ASSUREE SOUS LA COMMANDE D'UN CIRCUIT DE REACTION COMPRENANT UN CAPTEUR 36 DE LA TENSION ET DU COURANT DANS LES LIGNES ET UN GENERATEUR 34 DE SIGNAUX DE DECLENCHEMENT QUI ASSURE LA COMMUTATION DES DIFFERENTS RESEAUX DE CONDENSATEURS. APPLICATION A LA CORRECTION DU FACTEUR DE PUISSANCE DES ENSEMBLES GENERATEURS D'ENERGIE ELECTRIQUE.

Description

La présente invention concerne la distribution d'énergie électrique et

plus précisément la correction du facteur de puissance dans les systèmes de distribution

d'énergie électrique.

Les charges ayant un faible facteur de puissance ont posé-un problème aux utilisateurs, distributeurs et producteurs d'énergie électrique depuis que la machine

d'induction a été largement utilisée. Récemment, des char-

ges telles que les dispositifs de chauffage à induction

ont accentué l'acuité du problème. Le courant supplémen-

taire consommé par la partie réactive de la charge crée des

chutes detension et des pertes dues à la résistance de l'é-

quipement générateur et distributeur d'énergie. Les chutes de tension impliquentla disponibilité d'une faible tension pour un utilisateur ayant un faible facteur de puissance et les utilisateurs voisins. Une demande correspondant à une puissance réactive élevée introduit aussi des pénalités

qui doivent être ajoutées aux notes d'électricité des uti-

lisateurs ayant de faibles facteurs de puissance, car la

quantité d'énergie réelle qui peut être créée ou trans-

mise par l'appareillage, pour une puissance nominale donnée,

est réduite.

On sait déjà que la composante réactive de l'énergie d'une charge peut être formée localement par connexion d'une réactance (ou d'une réactance efficace réalisée à l'aide de circuits convertisseurs à thvristors) de signe opposé,en parallèle avec la charge qui pose des

problèmes. L'alimentation qui supporte la charge du cou-

rant réactif se trouve soulagée si bien que le rendement et la tension disponible sont améliorés. Si la réactance de la charge est fixe, la réactance compensatrice peut aussi être fixe. Cependant, si la réactance de la charge varie, la réactance compensatrice doit être variable ou doit être réglée afin qu'elle suive les variations de la

réactance de la charge.

Les circuits de réglage de la puissance réactive

font en général partie de l'une des trois catégories sui-

vantes: (1) réglage direct ou par calcul sans réaction,

(2) réglage avec réaction, et (3) réglage hybride.

Le réglage par calcul direct implique la mesure de la puissance réactive consommée par la charge (à l'aide de capteurs de courant ou de tension), et le réglage

d'une quantité correspondante de puissance réactive pro-

venant de la réactance compensatrice. Ce procédé corres-

pond à un réglage en circuit ouvert et présente une vi-

tesse élevée de réponse qui est propre au réglage en bou-

cle ouverte. Cependant, le temps de réponse est limité par le circuit de détection de la puissance réactive et par le temps de réponse de la réactance compensatrice aux ordres qu'elle reçoit. Une vitesse élevée est souhaitable car elle

réduit les faibles fluctuations provoquées par l'introduc-

tion de puissance réactive, par exemple par une machine

d'induction lors du démarrage. Le réglage en boucle ou-

verte nécessite que les circuits de détection et la ré-

actance compensatrice aient des facteurs de proportionna-

lité bien connus. Un facteur de proportionnalité de +10 % par exemple dans le circuit de détection indique qu'une réactance compensatrice en excès de 10 % est appliquée et

que la puissance réactive retirée de la ligne d'alimenta-

tion n'est pas nulle.

Le réglage par réaction implique la mesure de la puissance réactive consommée à partir du réseau, et sa mise forcée à zéro par augmentation ou réduction de la réactance compensatrice. Le réglage par réaction peut être lent si des considérations de stabilité impliquent la réduction de

la largeur de bande de la boucle. Comme le réglage par ré-

action est une opération d'annulation, des facteurs de

proportionnalité bien déterminés sont superflus. Des dé-

calages réguliers ne provoquent qu'une détérioration du circuit de détection. Un circuit à basse précision est moins coûteux et de fabrication plus commode qu'un circuit a

grande précision.

Le réglage hydride est une combinaison du ré-

glage direct et du réglage par réaction. Une solution

approximative est rapidement calculée par le circuit direct.

Les erreurs présentées par cette solution sont alors corri-

gées par la boucle de réglage par réaction. Cette solution supprime bien les fluctuations étant donné qu'une solution même approximative peut rendre inappréciables ces fluctua-

tions. Des facteurs précis de proportionnalité sont super-

flus puisque la boucle de réaction peut corriger toutes les

erreurs. L'inconvénient d'un tel montage est sa complexité.

Il faut deux jeux de capteurs de la puissance réactive et

la puissance réactive de la charge et celle de l'alimenta-

tion doivent être contrôlées. La présence de deux boucles

complique aussi la réalisation du réglage.

Ainsi, l'invention concerne un circuit perfectionné de correction du facteur de puissance associé à un réseau à

réactance réglée.

Plus précisément, un circuit de correction du facteur de puissance selon l'invention est couplé à au moins n lignes d'alimentation d'un circuit de distribution d'énergie à n phases. Le circuit de correction comporte un arrangement commuté de condensateurs à N étages, N étant un

nombre entier. Chaque étage comporte n réseaux de condensa-

teurs qui sont associés chacun à deux lignes d'alimentation.

Les réseaux de condensateur de chaque étage se caractérisent

chacun par une capacité prédéterminée pour cet étage. Cha-

cun des condensateurs comporte un commutateur associé qui est sensible à un signal appliqué de déclenchement et qui

assure le couplage sélectif du réseau de condensateurs cor-

respondant aux lignes associées d'alimentation.

Un réseau de réaction est aussi couplé aux li-

gnes d'alimentation et à un détecteur de facteur de puis-

sance qui commande la création des signaux de déclenche-

ment de manière que le facteur de puissance des lignes

d'alimentation soit proche de 1 de façon pratiquement op-

timale, même lorsque les charges locales sont déséquili-

brées.

Dans un circuit de correction du facteur de puis-

sance à boucle fermée à n phases, pendant le premier cycle et dans tous les cycles suivants, le circuit de correction

de mesure, mesure les n termes résiduels d'énergie réac-

tive (chaque intensité de courant de ligne en quadrature multipliée par la tension correspondante entre ligne et neutre) pendant un cycle. Les signaux résiduels ou d'erreurs

résultants sont représentatifs de la variation de la puis-

sance réactive depuis la dernière correction. Le circuit de correction met alors en oeuvre le signal d'erreur pour

la détermination de la capacité à ajouter aux phases res-

pectives de l'arrangement de condensateurs ou à soustraire

de ces phases, pendant le cycle suivant de correction. En-

tre les cycles de correction du facteur de puissance, le facteur réel de puissance est détecté et utilisé pour la

détermination des n changements indépendants de capacité en-

tre lignes nécessaires à la correction du facteur de puissan-

ce. Ces valeurs représentant des écarts sont ajoutées aux valeurs antérieures afin que les nouvelles valeurs voulues soient calculées. A un moment de-la correction, des signaux de déclenchement représentatifs des nouvelles valeurs qui doivent être commutés par l'arrangement de condensateurs, sont transmis par un circuit de couplage aux divers étages de l'arrangement.

Ainsi, le circuit dé correction mesure la puis-

sance réactive résiduelle entre ligne et neutre. Cette va-

leur peut être positive ou négative. Dans les circuits dans lesquels l'arrangement des condensateurs a une configuration en étoile, le complément de cette puissance réactive est la valeur qui doit être compensée (c'est-à-dire que l'écart

capacitif, positif ou négatif, par rapport à la valeur cor-

respondante peut être mis en circuit entre la ligne et le neutre).

Dans un mode de réalisation de l'invention, por-

tant sur un arrangement de condensateurs à trois phases en triangle, la valeur élémentaire nécessaire de correction de la puissance réactive entre ligne et neutre, pour la borne de sortie de chaque ligne,est calculée et elle est ensuite transformée en un signal équivalent de correction de la

puissance réactive pour circuits en triangle. L'écart équi-

valent des capacités pour le montage en triangle, asso-

cié à une valeur élémentaire déterminée pour montage en étoile, est formé à partir de deux capacités égales d'un montage en triangle ayant une borne reliée à la borne associée en étoile, chacune des capacités du montage en triangle ayant le même signe que la valeur élémentaire

calculée en étoile, et le tiers de sa valeur. La troi-

sième capacité en triangle de la branche en regard a

un signe opposé et la même capacité d'un tiers.

Les valeurs précédentes données pour les diverses

bornes de sortie sont des valeurs élémentaires ou d'écart.

Les condensateurs résultants nécessairesau montage en tri-

angle sont déterminés par addition, à l'état corrigé le plus

récent, du changement nécessaire qui est la somme algébri-

que des trois valeurs élémentaires de capacité pour les bor-

nes. Ainsi, les trois nouveaux condensateurs pour le cir-

cuit en triangle sont obtenus par addition des valeurs

élémentaires pour circuit en étoile, convenablement transfor-

mées, à la valeur précédente pour circuit en triangle.

Les signaux de déclenchement commandent la commu-

tation de la valeur totale voulue de là capacité aux bor-

nes des diverses lignes lors du cycle suivant pendant lequel

la correction du facteur de puissance est effectuée.

Lorsqu'une valeur capacitive calculée en triangle pour la correction du facteur de puissance est déterminée

avec une valeur résultante négative, les signaux de cor-

rection sont modifiés de la manière optimale suivante avant la création des signaux de déclenchement. D'abord, un tiers de l'amplitude de cette valeur négative est soustrait de chacun des autres condensateurs non négatifs entre lignes

afin que deux nouvelles valeurs totales à placer sur la li-

gne soient spécifiées. La paire de bornes associées à la compensation négative originale voulue du condensateur est

laissée sans compensation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un diagramme synoptique d'un système générateur à induction; - la figure 2 est un schéma en partie sous forme de diagramme synoptique d'un mode de réalisation d'arrange- ment commuté de condensateurs du système de la figure 1;

- la figure 3 est un schéma d'un réseau de con-

densateurs et d'un réseau associé de commutateurs de 1'arran-

gement de la figure 2;

- la figure 4 est un diagramme des temps repré-

sentant des formes d'onde observées lors du fonctionnement de l'arrangement de la figure 2; - la figure 5 est un diagramme synoptique d'un capteur à réaction du système de la figure 1; - la figure 6 est un diagramme synoptique d'un générateur de signaux de déclenchement du système de la figure 1; - la figure 7 est un diagramme synoptique d'un

filtre et détecteur de passage à zéro du générateur de si-

gnaux de déclenchement de la figure 6-;

- la figure 8 est un diagramme synoptique de l'or-

gane de réglage de fréquence du système de la figure 1; - la figure 9 est un diagramme synoptique d'un

exemple de réseau de formation d'un profil de.tension des-

tiné au système de la figure 1; - la figure 10 est un diagramme synoptique en partie sous forme schématique d'un exemple de réseau à thermistance destiné-au système de la figure 1;

- la figure 11 représente un réseau d'un arran-

gement de capacités de surcharge destiné au système de la figure 1; - la figure 12 est un diagramme synoptique en partie sous forme schématique d'un réseau de dérivation destiné au réseau de la figure Il; et - les figures 13 à 18 représentent des modes de

réalisation du système de la figure 1 adapté selon l'in-

vention à la correction du facteur de puissance de charges déséquilibrées. La demande de brevet français déposée ce même jour par la Demanderesse sous le titre "Système générateur inductif, ensemble d'alimentation électrique et circuit de

correction du facteur de puissance" décrit un système gé-

nérateur (décrit en référence aux figures 1 à 12 du présent mémoire) qui comporte un circuit de correction du facteur

de puissance. Le système peut jouer le rôle d'une alimenta-

tion électrique pouvant fonctionner en parallèle avec un ensemble d'alimentation électrique formant un réseau. Si

la tension du réseau diminue, le système peut se déconniec-

ter directement du réseau et assurer un fonctionnement auto-

nome.

La figure 1 représente un système générateur induc-

tif 10 comprenant une machine triphasée 12 à induction qui a elle-même trois lignes de sortie reliées à un jeu de trois bornes associées de sortie (repérées collectivement par la référence 14). Dans des variantes, une quatrième ligne (ou neutre) peut s'ajouter aux trois lignes 14. Dans le mode de réalisation considéré, les bornes 14 peuvent être commandées sélectivement par un commutateur 16 afin que

ces bornes puissent être reliées à un ensemble externe d'ali-

mentation en transmettant une puissance réelle et réactive

à cet ensemble d'alimentation et en recevant aussi une puis-

sance réelle et réactive de ce réseau, ou elles peuvent être

séparées de ce réseau lors d'un fonctionnement autonome.

Une charge locale repérée par la référence 18 est reliée aux lignes de sortie de la machine 12 d'induction. Dans d'autres modes de réalisation, des machines d'induction ayant un nombre différent de phases (par exemple une seule)

peuvent avoir des configurations analogues.

Un moteur ou dispositif 20 d'entraînement à couple réglé est destiné à entraîner l'arbre d'entrée de la machine 12 d'induction à une fréquence fixée parun signal de réglage de fréquence transmis par une ligne 22. Dans ce mode de réalisation, le moteur principal 20 est un moteur 24 à combustion interne. La vitesse du moteur 24 est réglée à l'aide d'un papillon 21 commandé par le signal de la ligne 22. Le papillon 21 règle le débit de carburant provenant d'un réservoir 26. Dans des variantes, le moteur peut être par exemple une éolienne dont le couple de sortie <vitesse) est réglé par variation du pas des pales. Dans d'autres

modes de réalisation, le moteur principal peut être un mo-

teur à courant continu dont la vitesse de sortie est réglée

par un signal classique de réglage de vitesse de moteur.

Le signal de réglage de fréquence de la ligne 22 est transmis par un organe 28 de réglage de fréquence

qui est relié aux lignes de sortie de la machine 12.

Un arrangement commuté 30 de condensateurs est

destiné à transmettre un courant réactif réglé aux diver-

ses lignes de sortie de la machine 12. L'arrangement 30 comporte N étages ayant chacun un réseau de condensateurs associé aux diverses permutations de paires de lignes de

sortie de la machine 12. Dans le mode de réalisation consi-

déré dans lequel la machine 12 est triphasée, chaque étage de l'arrangement 30 comprend trois réseaux identiques de

condensateurs. Chaque réseau de condensateurs a un ou plu-

sieurs condensateurs donnant une capacité caractéristique à cet étage et ayant un réseau associé de commutation. Les valeurs des capacités de chaque étage se caractérisent par une capacité résultante pratiquement identique. Le réseau de commutation est commandé par un signal de déclenchement qui lui est appliqué et assure la liaison sélective des réseaux de condensateurs de l'étage correspondant à la

paire associée de lignes de sortie de la machine 12.

Ainsi, dans un mode de réalisation avantageux, l'arrangement commuté 30 de condensateurs a N étages, chaque étage ayant une configuration en triangle (c'est-à-dire

que chaque étage comprend un condensateur couplé sélective-

ment à une paire associée de lignes de sortie de la machine

12). Dans une configuration selon une variante, bien qu'équi-

valente, l'arrangement 30 peut comprendre N étages ayant chacun une configuration en étoile (c'est-à-dire que chaque étage comporte un condensateur couplé sélectivement à une ligne associée de sortie de la machine 12 et à un potentiel commun d'une ligne neutre).La configuration représentée

en triangle permet de façon générale l'utilisation des con-

densateurs avec des tensions nominales accrues et une plus

faible capacité (et donc un moindre coût) que la configu-

ration double en étoile.

Dans le mode de réalisation triphasé considéré,

il faut 3N signaux de déclenchement (ou 3N lignes correspon-

dantes 34a) pour l'arrangement 30 à N étages afin que les divers condensateurs soient commutés sélectivement en position de fonctionnement ou de non-fonctionnement. Les

signaux de déclenchement proviennent d'un générateur conve-

nable 34 qui est lui-même piloté par un capteur 36 à réaction.

Dans le mode de réalisation considéré, ce capteur 36 est reliée aux lignes de sortie d'une machine 12 d'induction

par trois lignes 35a de détection de tension qui transmet-

tent des signaux représentatifs de la tension des lignes de sortie, et par trois lignes 35b de détection de courant transmettant des signaux représentatifs du courant circulant

dans ces lignes de sortie. Ainsi, le système 10 est à "bou-

cle fermée". Dans des variantes,-ce système peut être "à

boucle ouverte" et les lignes 35b peuvent détecter le cou-

rant dans les lignes 18a rejoignant la charge locale 18.

Dans la configuration de la figure 1, lorsque le commutateur 16 relie les bornes 14 à un ensemble externe d'alimentation, le capteur 36 fonctionne dans un premier état afin qu'il

détermine le courant réactif aux bornes 14. Lorsque le com-

mutateur 16 découple le système 10 de l'ensemble externe d'alimentation, c'est-à-dire pour un fonctionnement autonome, le capteur 36 fonctionne dans un second état et détermine l'amplitude de la tension des lignes de sortie de la machine 12. La figure 2 représente le premier et le Nième étage de l'arrangement 40 de condensateurs, et le couplage

de ces étages aux lignes de sortie de la machine 12 d'in-

duction. Sur la figure 2, les trois lignes de sortie de la machine 12 sont repérées par les lettres A, B et C. Le

premier et le Nième étage de l'arrangement 30 sont repré-

sentés schématiquement avec un condensateur (C suivind'in-

dice) et un commutateur (repéré par S suivi d'indice) mon-

tés entre les diverses paires de lignes de sortie A, B et C_ Les indices des condensateurs et commutateurs de la figure 2 sont représentatifs des deux lignes de sortie associées. Dans le mode de réalisation considéré, les X premiers étages de l'arrangement 30 ont des condensateurs ayant des capacités en dérivation pondérées sous forme binaire d'un étage au suivant. Les N-X étages restants ont des capacités de valeurs égales dans les diverses branches, d'un étage au suivant comme indiqué dans le tableau qui suit. La figure 2 représente 3N signaux de déclenchement 1 1

associés chacun à l'un des réseaux de commutation des étages.

TABLEAU

PONDERATION BINAIRE PONDERATION ARITHMETIQUE

CAB(1) CAB(X+1)

CBC(1)C CBC (X2) 2 c

CCA(1) C CA(X+1) J

CAB(2)

CBC(2) 2C

CCA(2)

CAB(N)

BC(N) 2XC

CCA(N)

CAB(X)x-1

C 2X-1 C

BC(X)

CCA(X)

Dans un mode de réalisation de l'invention repré-

senté sur les figures 1 et 2, les condensateurs de l'arran-

gement 30 ont la configuration en triangle dans laquelle

les 3N signaux de déclenchement de l'arrangement 30 permet-

tent une commande indépendante de la commutation de chaque

condensateur., dans les divers étages. Dans ce mode de ré-

alisation, l'arrangement utilisé a une combinaison de con-

densateurs à pondération linéaire binaire, commutant les étages une fois par cycle uniquement aux crêtes positives de la tension de ligne. En général, la commutation hors circuit des condensateurs des divers étages peut avoir lieu aux crêtes de tension positive ou négative (courant nul),

c'est-à-dire à 180 du moment voulu avec commutation cor-

respondante à l'état conducteur à (K x 360 ) du point d'ar-

rêt de conduction.

La figure 3 représente un exemple de condensateur

d'un premier étage connecté entre deux lignes, et du ré-

seau de commutation de l'arrangement 30, entre les lignes A et B, sur la machine 12 d'induction. Dans ce mode de réalisation, les lignes A et B de sortie forment des lignes communes à intensité élevée pour le courant de sortie des divers étages. Ces lignes communes sont repérées sur la figure 3 par les références 40 et 42. Il faut noter que les lignes communes sont particulièrement adaptées à une transmission très efficace de chaleur par convection si

bien que ces lignes communes constituent des sortes de radia-

teurs pour les différents éléments qui leur sont reliés.

Le réseau de condensateurs est monté entre les

lignes communes 42 et 40 par des commutateurs à semi-conduc-

teurs sous forme de thyristors triodes à blocage inverse

46 et de commutateurs bidirectionnels commandés 48. Le ré-

seau de condensateurs comprend un condensateur (appelé C) monté en série avec une self à noyau d'air (repérée par la référence L). Le courant circulant dans la combinaison

en série du condensateur et la self est repéré,par la ré-

férence IAB. Dans ce mode de réalisation, les condensateurs sont de type alternatif 520P ou des condensateurs alternatifs métallisés au polypropylène de type 325P, fabriqués par

Sprague.

Le condensateur est relié à la cathode du thyristor 46 et à l'anode d'une diode anti-parallèle Dl. Dans ce mode de réalisation, le thyristor 46 a un bottier TO-220AB dont l'anode est en contact électrique et-thermique direct avec la ligne commune 42. La diode Dl est une diode en forme de plot ayant sa cathode en contact électrique et thermique direct avec la ligne commune 42. Le signal de déclenchement provenant du générateur 34 (décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire) est transmis par une ligne 34a entre la gâchette et la cathode du thyristor 46. Sur la figure 3, la ligne des signaux de déclenchement du réseau représenté de commutation comporte quatre fils (portant

la référence collective 34a). Le fil 35a rejoignant la gâ-

chette du thyristor 46 a un fil associé 35b de retour par-

tant de la cathode du thyristor 46 et revenant au généra-

teur 34.

La self L est directement reliée à la borne MT1 du commutateur bidirectionnel commandé 48. Dans le mode de réalisation considéré, ce commutateur 48 a un boîtier TO-220AB dont la borne MT2 est en contact électrique et thermique direct avec la ligne commune 40. Une diode a sa cathode reliée à la gâchette du commutateur 48. L'ano- de de la diode est reliée à la ligne commune 40. Le

signal de déclenchement du générateur 34, destiné au com-

mutateur bidirectionnel 48, est transmis par une ligne 34a entre la gâchette et la borne MT2 du commutateur 48. Comme dans le cas du thyristor 46, un premier fil 35c transmet le signal de déclenchement à la gâchette du commutateur

48, un fil 35d de retour revenant au générateur 34.

Lors de l'utilisation de cette configuration, les divers réseaux de condensateurs peuvent être commutés sélectivement trois fois par cycle de la machine d'une manière

* telle que les condensateurs déconnectés ou non reliés res-

tent chargés à la tension de crête entre lignes. Les pointes de courant sont évitées lors du fonctionnement normal par déclenchement des commutateurs à semi-conducteur (thyristor 46 et commutateur bidirectionnel 48) de chaque phase à la tension de crête entre lignes qui se trouve au point médian

des passages à zéro de la tension entre lignes. En consé-

quence, il y a une tension nominalement nulle aux bornes

des commutateurs à semi-conducteur et aucune pointe de cou-

rant n'apparaît lorsque ces commutateurs sont déclenchés.

La figure 4 représente des exemples de formes d'onde illustrant le fonctionnement de la configuration

de la figure 3 dans le cas d'un signal unique de déclenche-

ment transmis par la ligne 34a. Comme indiqué, le courant nominal du condensateur varie progressivement à partir de zéro et a une forme sinusoïdale. La self L est du type à

air, montée en série avec le condensateur afin que les fai-

bles erreurs de synchronisation ou les erreurs dues aux

distorsions des formes d'onde puissent être compensées.

La self limite la vitesse de variation du courant au cours du temps. Les selfs assurent en outre la protection des commutateurs pendant les défauts de ligne par maintien du courant de crête dans la plage des courants transitoires

nominaux de commutation.

Lors du fonctionnement, les condensateurs sont dé-

connectés par suppression des signaux de-déclenchement. Les commutateurs sont déclenchés automatiquement, sans commande, par un courant d'une première polarité si bien que, lors

du demi-cycle suivant, les commutateurs cessent naturelle-

ment de conduire lors du passage du courant à zéro. Le

condensateur mis en circuit conserve une charge propor-

tionnelle à la tension de crête entre lignes. Le déclenche-

ment automatique des commutateurs par la première polarité

assure le maintien à l'état-totalement chargé des condensa-

teurs déconnectés.

Comme un condensateur déconnecté est chargé

à la tension de crête. du système, un ou plusieurs commuta-

teurs à semi-conducteur montés en série avec lui voient une tension qui est égale au double de la tension entre lignes. Par exemple, les commutateurs doivent tolérer 1250 V dans un système à 440 V et 60 Hz ou 1080 V dans un système à 380 V et 50 Hz. Ainsi, le mode de réalisation de la figure 3 est particulièrement avantageux puisque deux commutateurs de courant modéré, à tension relativement basse (et de faible prix) peuvent être utilisés en série

avec chaque section de condensateur.

Le courant des condensateurs est nominalement

une onde sinusoïdale mais, comme ce courant est proportion-

nel à la dérivée de la tension, le signal peut s'écarter en pratique notablement de l'onde sinusoïdale. Pour

cette raison, les signaux de déclenchement transmis (com-

me décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire) sontrelativement larges. Dans un mode de réalisation avantageux, la commande de déclenchement est transmise

chaque fois qu'un commutateur doit conduire.

La configuration particulière de la figure 3 donne un arrangement relativement peu encombrant dans lequel le commutateur directionnel, le thyristor et la diode anti-parallèle peuvent tous être reliés aux lignes communes constituant les lignes de sortie qui constituent à leur tour des radiateurs au point de vue électrique

si bien qu'un isolement électrique individuel des semi-

conducteurs de puissance n'est pas nécessaire.

La figure 5 représente le capteur 36 de réaction du mode de réalisation considéré. Ce capteur a un circuit détecteur du facteur de puissance relié aux lignes a de détection de tension et aux lignes 35b de détection

de courant dans les lignes de sortie de la machine 12.

Le détecteur 60 transmet par des lignes 66 des signaux de sortie qui sont représentatifs de la puissance réactive aux bornes 14, dépendant des facteurs de puissance à ces bornes. Dans des variantes, le détecteur 60 peut transmettre directement des signaux représentatifs des facteurs de puissance aux bornes 14. Le capteur 36 comporte aussi un circuit de redressement 68 relié aux lignes 35a de détection de tension. Ce circuit 68 transmet aux lignes des signaux représentatifs des amplitudes des tensions aux bornes 14. Un réseau 72 d'addition transmet aux lignes 74 des signaux représentatifs de la différence d'amplitudes

des tensions aux bornes 14 et d'un signal de référence.

Un commutateur 76 est disposé afin qu'il soit commandé sélectivement et assure ainsi le couplage des signaux des lignes 66 ou 74 aux lignes 78 de sortie du capteur 36. Le commutateur 76 peut être commandé avec le commutateur 16 afin que, pendant le fonctionnement en liaison avec l'ensemble du réseau, les signaux du détecteur 60 du facteur de puissance soient transmis aux lignes 78 lorsque le commutateur 16 est fermé (liaison du système 10 à l'ensemble du réseau). Lorsque le commutateur 16 est en position ouverte, c'est-à-dire lors d'un fonctionnement autonome, le commutateur 76 transmet les signaux des lignes 74 aux

lignes 78.

La figure 6 représente plus en détail le généra-

teur 34 des signaux de déclenchement. Celui-ci comporte

un amplificateur 82 d'erreur relié aux lignes 78 de si-

gnaux et à des lignes 91 de signaux de synchronisation.

2490420.

Dans certains modes de réalisation, l'amplificateur 82

peut comprendre un multiplexeur d'entrée et un démultiple-

xeur de sortie. Le signal de l'amplificateur 82 peut être modulé dans le temps si bien que l'échantillonnage dans la bascule ultérieure 86 donne des corrections des conden- sateurs différentes dans une certaine mesure pour les différentes phases du système. Dans ce mode de réalisation,

des tensions équilibrées peuvent être maintenues en présen-

ce de charges non équilibrées.

Dans le mode de réalisation considéré, le signal

de sortie de l'amplificateur 82 est transmis à un convertis-

seur analogique-numérique binaire 84 qui a une sortie 84a reliée à la bascule 86. Un circuit 90 de filtrage et de

passage à zéro est relié aux bornes 14 afin qu'il trans-

mette un signal d'échantillonnage à la bascule 86 à la

fréquence de fonctionnement du système. Le signal échan-

tillonné provenant de la bascule 86 est transmis à un circuit 92 de déclenchement. Le Circuit 90 transmet aussi des signaux convenables de synchronisation afin qu'il crée les signaux de commutation des étages d'un arrangement 30. La commutation en circuit est réalisée lorsque les condensateurs complètement chargés de l'arrangement 30 sont couplés aux tensions de crête des lignes de la machine 12. La commutation hors circuit a lieu avant une tension de crête, l'arrêt réel de la conduction s'effectuant pour le courant nul obtenu naturellement (normalement

à la tension de crête).

Le circuit 92 de déclenchement est commandé par les valeurs échantillonnées dans la bascule 86 et il sélectionne et excite les lignes convenables parmi les 3N lignes de signaux de déclenchement correspondant aux étages convenables afin que la valeur des capacités reliées aux lignes de sortie de la machine 12 soit modifiée de façon convenable. Dans divers modes de réalisation

de l'invention, le circuit 92 de déclenchement peut com-

prendre un microprocesseur programmé, ou un autre type

convenable de circuit de calcul.

Le réglage de dérivations séparées pour les divers

étages de l'arrangement 30 permet la compensation des char-

ges déséquilibrées entre lignes ou entre ligne et neutre, pourvu que les charges résultantes (avant correction) soient de type inductif (puisque seuls des condensateurs sont

utilisés pour le réglage).

Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de filtrage et de détection de passage à zéro a la

forme représentée sur la figure 7, c'est-à-dire qu'un pre-

mier circuit détecteur de passage à zéro 94 est relié à

un intégrateur 96 qui est lui-même relié à un second cir-

cuit détecteur de passage à zéro 98. Ce type de circuit est particulièrement avantageux lorsque la tension entre lignes aux bornes 14 comprend des tensions transitoires (par exemple dues aux charges de redressement) qui peuvent recouper la tension nulle. Dans cette configuration, le circuit 94 transmet un signal binaire qui change d'état à chaque passage à zéro du signal d'entrée. L'intégrateur

96 intègre ce signal résultant et forme une onde nominale-

ment triangulaire qui a des points de passage à zéro placés nominalement au moment voulu de commutation. Le second

détecteur 98 de passage à zéro transmet un signal de syn-

chronisation de déclenchement destiné à commander la com-

mutation des étages associés aux diverses paires de lignes.

La figure 8 représente l'organe de réglage de

fréquence dans le mode de réalisation considéré. Dans celui-

ci, l'organe 28 comprend un circuit 100 de filtrage et de détection de passage à zéro, relié aux bornes 14. Le signal de sortie du circuit 100 parvient à un circuit 102 d'addition qui est lui-même relié à un amplificateur 104 d'erreur destiné à piloter une ligne 22. En pratique, le circuit 100 peut être le même que le circuit correspondant du générateur 34. Dans ces conditions, le signal de sortie de ce générateur peut être utilisé directement dans l'organe 28 de commande à la place de celui du circuit 100. Le circuit 102 d'addition transmet un signal d'erreur de fréquence représentatif de la différence entre la fréquence

de la tension aux bornes 14 et une fréquence de référence.

Ce signal d'erreur de fréquence est transmis par un amplificateur.

104 d'erreur à une ligne 22 au moteur à vitesse variable.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le signal du circuit 102 peut être transmis par un circuit de réglage d'un profil de tension à une entrée du circuit

72 d'addition du capteur 36 à réaction. Dans cette configu-

ration, le circuit 106 modifie la tension commandée dans

la ligne 78 en fonction de l'erreur de fréquence du système.

Lors du fonctionnement normal, cette erreur de fréquence

du système 10 est faible et il n'y a pas de signal impor-

tant de sortie du circuit 106. Cependant, dans les cas de surcharge temporaire, par exemple lors du recours au système 10 lors d'un démarrage de charges représentées par des moteurs relativement importants, le ralentissement résultant au moteur 20 peut être détecté directement par détection de la fréquence réduite des lignes de sortie de la machine 12. Le circuit 106 détecte les moments o la fréquence aux bornes 14 tombe audessous d'un seuil prédéterminé et, dans une plage de fréquences inférieure à ce seuil,il transmet un signal convenable au circuit 72 afin qu'il établisse une tension relativement basse de sortie pour la machine 12, par exemple par réduction de la tension à 0,707 fois la tension nominale lorsqu'un ralentissement de quelques pourcents est détecté. A la suite de cette opération, la charge effective vue par le moteur 20 est notablement réduite, et cet élément peut continuer à fonctionner près de la fréquence normale du système à laquelle il peut fournir plus d'énergie et peut

ainsi maintenir la tension de sortie la plus élevée possi-

ble. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse car elle empêche les coupures intempestives lorsque des relais sont utilisés dans le système.Cette configuration

peut être utilisée lorsqu'un seul système générateur induc-

tif 10 fonctionne ou lorsque plusieurs de ces systèmes

sont montés en parallèle aux bornes 14.

On sait que, pendant la mise en route d'un géné-

1 9 rateur inductif, un flux initial restant doit toujours

être présent dans la machine ou doit être placé dans celle-

ci. Selon la technique connue, ce flux restant ou rémanent peut être placé dans la machine à une vitesse mécanique nulle à l'aide d'un courant continu de polarisation circu- lant dans un enroulement de la génératrice, -ou un flux

rémanent suffisant pour exister naturellement dans la ma-

chine, depuis la dernière période pendant laquelle elle a fonctionné. Dans le cas d'un système générateur inductif autonome unique, l'arrangement commuté de condensateurs

peut être utilisé pour l'augmentation de la tension automa-

tiquement dans la génératrice lorsque la vitesse de la machine atteint une valeur minimale déterminée. La charge est normalement déconnectée pendant cet établissement initial du flux et jusqu'à l'établissement d'une tension

et d'une fréquence convenables de sortie. Cependant, lors-

qu'une machine d'induction tournante mais non excitée est

reliée à un réseau extérieur ou à une autre machine géné-

ratrice inductive, un courant transitoire très intense apparaît jusqu'à ce que le flux s'établisse dans cette

machine. Par exemple, un tel courant transitoire peut pro-

voquer une chute instantanée de tension de l'ordre de 50 % lorsque deux machines identiques sont montées en parallèle de cette manière. Si la machine qui doit être reliée au réseau est initialement excitée à l'aide d'une série de condensateurs séparés, le courant transitoire risque fort d'être encore plus nuisible, à moins que les fréquences

soient verrouillées en phase par mise en oeuvre de tech-

niques classiques de connexion de lignes des machines syn-

chrones.

Selon l'invention, un réseau de thermistances tel que représenté sur la figure 10, peut être utilisé

pour la mise en circuit, avec un courant transitoire mini-

mal, d'une machine d'induction non excitée mais tournant de façon presque synchrone. Le réseau de la figure 10 est à deux bornes (108a et 108b) et a un commutateur triphasé monté entre ces bornes 108a et 108b et un commutateur monophasé 112 et une thermistance 114 monté en série,

l'ensemble étant monté en parallèle avec une phase du com-

mutateur 11-0. La thermistance 114 a une caractéristique de variation de résistance avec la température telle que, la résistance est relativement élevée à basse température et relativement faible à température élevée. Un organe

associé de commande 116 règle le fonctionnement des commu-

tateurs 110 et 112. Le circuit 108 est monté entre l'une des bornes 14 d'une machine d'induction qui fonctionne ou qui est reliée à un réseau, et les bornes correspondantes

de sortie de la machine d'induction qui doit être connec-

tée. Par exemple, lorsque le système 10 de la figure 1 doit être relié au réseau externe, le circuit 108 peut être relié à l'une des lignes de sortie, entre les bornes 14 et le commutateur 16. Dans d'autres systèmes multiples, un réseau unique 108 peut être utilisé de façon répétée (après refroidissement) pour la mise en circuit successive des différents systèmes. Dans des variantes de systèmes,

des dérivations séparées contenant des thermistances, ana-

logues à la dérivation comprenant le commutateur 112 et

la thermistance 114, peuvent être reliées de manière analo-

gue à chacune des lignes de sortie de la machine d'induction.

Lors du fonctionnement du système 10 comprenant le réseau 108 qui do-it être relié à un réseau externe de distribution (par exemple par le commutateur 16) ou à un autre système générateur inductif, les commutateurs 110 -et'112 sont initialement commandés par l'organe 116 afin qu'ils prennent leur position d'ouverture. La machine non excitée d'induction 12 est alors mise à une vitesse proche de la fréquence voulue de ligne. Un verrouillage

de phase ou de fréquence n'est pas nécessaire. Le commuta-

teur 112 est alors fermé par l'organe 116 si bien que la thermistance 114 est reliée à l'une des lignes de sortie

qui connecte les deux systèmes générateurs en parallèle.

Dans cette configuration, l'énergie dissipée dans la ther-

mistance 114 provoque une augmentation de sa température,

donc une réduction de sa résistance. Une sélection conve-

nable des dispositifs à thermistance permet la sélection de la thermistance (ou de plusieurs thermistances montées en série) afin que la caractéristique de variation de résistance en fonction de la température corresponde à la vitesse d'augmentation de la tension. En conséquence, le courant dans la thermistance augmente et sa résistance diminue jusqu'à ce que la température et la résistance atteignent des valeurs telles que le courant qui circule équivaut pratiquement à la valeur finale de régime permanent nécessaire au courant d'aimantation sans charge. A ce moment, l'organe 116 ouvre le commutateur 112 et ferme

le commutateur triphasée 110. Le système 10 est alors con-

necté sans apparition d'un courant transitoire. En prati-

que, l'organe 116 change l'état des commutateurs 110 et 112 par détection du moment o la tension aux bornes de la thermistance tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé, ou, dans une variante, il peut simplement fixer un retard prédéterminé. La même thermistance 114 peut être utilisée après refroidissement pour une-excitation pratiquement sans courant transitoire d'autres systèmes lors de leur connexion. Les systèmes générateurs inductifs connus n'ont qu'une aptitude relativement limitée à la mise en route des charges ayant des moteurs alternatifs. En général, lorsqu'une charge ayant un moteur alternatif est mise en route, il faut plus de courant réactif qu'au cours du fonctionnement normal (régime permanent). Si la capacité

disponible dans l'arrangement capactif 30 du système géné-

rateur inductif est insuffisante, la tension fournie par le système 10 diminue rapidement vers zéro lorsqu'un moteur alternatif relativement important est relié à la ligne 14 de sortie. L'aptitude de mise en route de moteur du

système est améliorée par commutation en circuit d'un ré-

seau formé par un arrangement capacitif de surcharge, aux bornes 14 de sortie, dans les conditions de surcharge, par exemple lors de la mise en route d'un moteur alternatif important. La figure 11 représente un exemple de réseau

118 formé par un arrangement capacitif de surcharge, com-

prenant trois circuits analogues en dérivation 120, 122 et 124 destinés à être reliés en étoile aux lignes A, B et C et à une ligne neutre (ou de masse) N du système 10 de la figure 1. Chacun des circuits 120, 122 et 124 comporte un condensateur (repéré par la lettre C suivie d'un indice correspondant) et un commutateur (repéré par la lettre S suivie d'un indice correspondant). Par exemple, la figure

12 représente un mode de réalisation particulièrement avan-

tageux de circuit dérivé 120 comprenant un condensateur électrolytique alternatif C120 à densité élevée de courant

monté en série avec un circuit à commutateur à semi-conduc-

teur S120 entre la ligne A de sortie et la masse. Dans le mode de réalisation considéré, le condensateur C120 peut être un condensateur de "mise en route de moteur" destiné à fonctionner par intermittence, par exemple un condensateur "Sprague" de type 9A. Ce type de condensateur comprend de façon générale deux condensateurs polarisés

montés en série et en sens inverses.

Le circuit de commutateur S120 comprend deux thyristors triodes à blocage inverse 126 et 128 montés en sens opposés, en parallèle, afin qu'ils forment un commutateur bidirectionnel. La paire de thyristors est

montée en série avec une self à air 130 entre un conden-

sateur 120 et un potentiel commun tel que la masse. Le signal de sortie d'un circuit 132 de déclenchement parvient

aux primaires des transformateurs T1 et T2 de déclenchement.

Les secondaires de ces transformateurs sont montés entre

la cathode et la gâchette des thyristors 126 et 128 respec-

tivement. Un détecteur 134-transmet un signal d'inhibition au circuit 132. Le signal d'entrée de ce circuit parvient

à un convertisseur analogique-numérique 84. Lors du fonc-

tionnement, lorsqu'une capacité supplémentaire est néces-

saire (pouvant être due à la mise en route d'un moteur

alternatif), le signal provenant du convertisseur 84 pro-

voque normalement la commutation des thyristors 126 et 128 à l'état conducteur sous la commande d'un signal de

gâchette. Cependant, si la tension aux bornes des thyris-

tors 126 et 128 dépasse un seuil prédéterminé, le signal d'inhibition provenant du détecteur 134 empêche la mise des thyristors 126 et 128 à l'état conducteur jusqu'à

un point de la forme d'onde tel que les courants transi-

toires sont minimaux, pour une condition initiale arbi-

traire dela tension des condensateurs. Dans cette confi-

guration, le circuit 118 est optimisé afin qu'il permette la mise en route d'un condensateur non chargé ou sa remise en route lorsque la tension d'un condensateur ayant des caractéristiques thermiques et électriques relativement

mauvaises, est comprise entre une valeur nulle et la ten-

sion maximale.

Dans un mode de réalisation avantageux, les con-

densateurs de mise en route de moteur sont reliés en étoile afin qu'ils permettent l'utilisation de tensions nominales disponibles inférieures. Dans les applications à tension

plus faible, une configuration en triangle peut être utili-

sée de façon plus avantageuse. Dans toutes ces configurations, une protection thermique des condensateurs dans le cas d'une utilisation abusive et intempestive des condensateurs, est permise par inhibition des commutateurs de l'arrangement de mise en route de moteur lorsque la self à air montée

en série dépasse une température prédéterminée.

La figure 13 représente sous forme d'un diagramme synoptique, une variante de circuit 140 de correction du facteur de puissance selon l'invention pouvant remplacer le réseau 92 de déclenchement de la figure 6. Le circuit 140 a un ordinateur 142 et une mémoire associée 144 et un circuit 146 d'échange. Lorsque le commutateur 76 de la figure 5 relie les lignes 66 et 78, le circuit 140 joue le rôle d'un circuit de correction du facteur de puissance en boucle fermée qui assure la correction du facteur de puissance de manière périodique dans le cas de charges

qui peuvent être équilibrées ou non.

Pendant le premier cycle de mesure et dans tous les cycles suivants, le circuit de correction du facteur

de puissance mesure les trois termes résiduels de puis-

sance réactive pendant un cycle (chacun des termes étant égal au courant de ligne en quadrature multiplié par la tension correspondante entre ligne et neutre). Les signaux résultants résiduels ou d'erreur sont représentatifs de la variation de la puissance réactive depuis la dernière

correction. Le circuit 140 utilise alors ce signal d'er-

reur pour la détermination de la capacité à ajouter aux phases de l'arrangement 30 ou à leur soustraire pendant le cycle suivant de correction. Sur la figure 13, la mémoire

144 conserve des données représentatives de l'état du ré-

seau 30, c'est-à-dire des données qui définissent les con-

densateurs existants qui sont connectés. Entre les cycles de correction du facteur de puissance, l'ordinateur 142 contrôle les signaux provenant du détecteur 60 du facteur

de puissance et détermine les trois variations indépendan-

tes de capacité entre lignes nécessaires à la correction du facteur de puissance. L'ordinateur 142 additionne ces valeurs d'écart aux valeurs précédentes conservées dans

la mémoire 144 et calcule les nouvelles valeurs-voulues.

A un moment de correction, l'ordinateur 142 forme des si-

gnaux de commande représentatifs des nouvelles valeurs qui ont été commutées en provenance du réseau 30. Ces signaux de commande constituent les signaux de déclenchement transmis par un circuit 146 de couplage aux divers étages

de l'arrangement 30.

Ainsi, l'ordinateur 142 mesure la puissance réac-

tive résiduelle entre ligne et neutre. Cette valeur peut être positive ou négative. Dans les systèmes dans lesquels

l'arrangement 30 a une configuration en étoile, le complé-

ment de cette puissance réactive est la valeur nécessaire

à la compensation (c'est-à-dire que l'écart capacitif cor-

respondant, positif ou négatif, peut être commuté dans

le système, entre ligne et neutre).

Dans un mode de réalisation avantageux, mettant en oeuvre un arrangement 30 de condensateurs à configuration triphasée en triangle, l'ordinateur 142 détermine d'abord l'écart de correction de la puissance réactive entre ligne

et neutre pour la borne de chaque ligne de sortie, et trans-

forme cette valeur en une correction équivalente en triangle de la puissance réactive. L'écart équivalent d'un condensa- teur en triangle associé à un écart déterminé en triangle est formé à partir de deux écarts égaux de condensateur en triangle dont une borne est reliée à la borne associée en étoile, tous les écarts de condensateur en triangle

ayant le même cycle et une capacité égale au tiers de l'é-

cart de la valeur calculée en étoile. L'écart de condensa-

teur en triangle de la troisième branche opposée a un signe

opposé et cette même capacité d'un tiers.

Les valeurs précédentes correspondant aux diverses

bornes de sortie sont des écarts. Les condensateurs résul-

tants nécessaires en triangle sont déterminés par l'ordi-

nateur 142 par addition à l'état de correction le plus

récent du changement nécessaire, formant la somme algébri-

que des trois écarts de capacité pour chaque borne-.. Ainsi, les trois nouveaux condensateurs du réseau entriangle sont

obtenus par addition des écarts en étoile convenable trans-

formés à la valeur précédente en triangle.

L'ordinateur 142 crée alors les signaux de déclen-

chement dans la ligne 34a, assurant la commutation de la

valeur voulue pour la capacité totale aux bornes des di-

verses lignes lors du cycle suivant pendant lequel la cor-

rection du facteur de puissance est effectuée.

Lorsqu'une valeur capacitive calculée en triangle

destinée à la correction du facteur de puissance est déter-

minée avec une valeur résultante négative, l'ordinateur 142 modifie les valeurs de la manière optimale décrite

dans la suite du présent mémoire avant de former les si-

gnaux de déclenchement. L'ordinateur 142 soustrait d'abord

un tiers de l'amplitude de cette valeur négative de cha-

cun des autres condensateurs non négatifs entre lignes,

afin qu'il spécifie de nouvelles Cvaleurs totales à placer en cir-

cuit. La paire de bornes associée à la compensation négative

originale voulue rest sans compensation.

Les figures 14 à 18 représentent une variante de circuit de correction de facteur de puissance dans le cas d'un système triphasé 10 ayant un arrangement 30 de condensateurs à configuration en triangle et destiné à compenser de façon optimale lés charges déséquilibrées

entre lignes ou entre ligne et neutre.Dans cette confi-

guration, un circuit 160 (figure 14)- remplace le rectangle , les lignes 66 et 78 de la-figure 5 et les rectangles 82 et 84 de la figure 6. Les signaux de synchronisation des diverses opérations d'échantillonnage provenant du circuit 160 sont transmis depuis le circuit 90 par la ligne 91. Dans le circuit 160, un circuit multiplicateur du type d'un modulateur par impulsions de largeur variable, est utilisé pour le calcul de la puissance réactive afin qu'il donne une bonne précision et une bonne simplicité, bien que d'autres formes de circuits multiplicateurs puissent aussi donner les résultats nécessaires. Les représentations

en modulation par impulsions de largeur variable des ten-

sions entre les ligne et neutre sont formées par comparai-

son d'une telle tension à une référence en triangle. Ces

représentations numériques permettent une réalisation rela-

tivement simple d'une multiplication de type numérique avec des circuits intégrés. Dans le cas d'une tension fixe, la mesure de puissance réactive est transformée en une

valeur de compensation de condensateur. Si la tension aug-

mente, la puissance-réactive des condensateurs de compen-

sation augmente aussi. Ainsi, pour une même puissance réac-

tive à tension élevée, un plus petit condensateur de com-

pensation convient, indiquant que le produit du circuit multiplicateur (mesure de puissance réactive) doit subir

une compensation de tension avant utilisation pour la spé-

cification de la capacité. Ces variations des tensions

de ligne peuvent être pratiquement compensées par varia-

tion convenable de l'amplitude VP de la référence en tri-

angle V On considère maintenant en détail ce mode de ré-

s.

*alisation de l'invention.

La figure 14 est un diagramme synoptique général du circuit 160, comprenant un générateur 162 detension Vp (représenté en détail sur la figure 15) relié par des lignes 35a de détection de tension aux lignes de sortie A, B et C de la machine 12. Chaque ligne 35a transmet un signal sinusoïdal représentatif de la tension entre ligne et neutre pour la ligne correspondante (représentée sur la figure 14 par les équations VAsin wt, VBNsin(wt+120')

et VCNsin(wt+240) pour les lignes A, B et C respectivement).

Le générateur comprend un circuit redresseur à deux (ou une) alternances et un filtre 164, des circuits d'échelle 166 et 167, un circuit d'addition 168 et un générateur 169 de tension en triangle. Le signal VREF est égal à K1 fois la tension nominale de sortie à deux alternances de

la machine 12, et l'amplitude nominale de l'onde triangu-

laire Vp (nom) est égale à VREF. Dans cette configuration, le générateur 162 transmet un signal triangulaire Vs par la ligne 162a, avec une valeur de crête V et une fréquence - p fo. Cette tension V correspond à L(2VL/VL(nom)>-l/VREF, o p.LLRF VL étant l'amplitude du signal de la ligne 166a. Cette compensation linéaire du premier ordre élimine pratiquement l'erreur d'échelle due à la dépendance due au fait que le condensateur de compensation dépend de la tension, si bien que la réponse dynamique du système est améliorée.

Le circuit 160 comprend aussi trois circuits analogues 174-176 en étoile reliés chacun à la ligne 162a,

à l'une des lignes 35a et à une ligne associée 35b (trans-

mettant- des signaux i A B et iC représentatifs des courants dans les lignes A, B et C respectivement). Le circuit 174 est représenté sous forme détaillée sur la figure 16. Il comprend des circuits 177 et 178 d'échelle, un circuit multiplicateur 180, un circuit d'addition 182, un détecteur 184 de passage à zéro et un intégrateur 186 (qui est remis

à zéro une fois à chaque cycle de compensation). Les cir-

cuits 175 et 176 ont des configurations analogues. Dans celles-ci, les circuits 174, 175 et 176 transmettent des

signaux de sortie à des lignes 174a, 175a et 176a respec-

tivement, représentatifs des écarts de capacité en étoile (entre ligne et neutre), comme indiqué par ACW, ACBN et ACCN respectivement), en vue de la correction du facteur

de puissance.

Ainsi, dans cette configuration, les signaux du facteur de puissance entre ligne et neutre sont formés par intégration simultanée (après remise à zéro) dans un intervalle de 3600 des produits des tensions entre ligne

et neutre correspondant aux paires de lignes et des inté-

grales de la composante alternative des courants correspon-

dants de ligne. En conséquence, le système assure une ré-

- duction harmonique importante. En outre, les produits moyens des harmoniques sont négligeables même lorsque les formes d'onde de courant et de tension contiennent toutes deux des distorsions. Le système assure aussi le déphasage de 900 du courant en quadrature si bien que le signal produit

contient un terme continu proportionnel à la seule puis-

sance réactive.

Les lignes 174a-c, 175a et 176a sont reliées chacune à un circuit 180 de conversion étoile-triangle (représenté en détail sur la figure 17). Le circuit 180 a trois circuits d'échelle 179A, 179B et 179C et trois circuits d'addition

181-183 qui transmettent les écarts de capacité en trian-

gle (entre lignes) ACAB, ACBC et ACCA respectivement, dans les lignes 181a, 182a et 183a, en vue de la correction du facteur de puissance. Les signaux des lignes 181a, 182a et 183a sont transmis aux circuits associés d'addition 186 à 188 dans lesquels ils sont ajoutés aux signaux commandés de capacité CAB (comm), CBC(comm) et CCA(comm) afin que les signaux transmis soient échantillonnés et conservés

dans des circuits 190 à 192 d'échantillonnage et de main-

tien. Les signaux de sortie de ces circuits sont les si-

gnaux capacitifs voulus C B(des), CBC(des) et CCA (des)

transmis aux lignes 180a, 180b et 180c. Ces derniers si-

gnaux représentent la capacité déjà présente aux divers bornes de la machine 12 (étant donné le cycle précédent de mesure) additionnée de l'écart déterminé pendant le

cycle actuel de mesure.

Les lignes 180a, 180b et 180c sont reliées au

circuit 196 de correction de capacité négative (repré-

senté en détail sur la figure 18). Le circuit 196 a trois circuits d'addition 201, 202 et 203 ayant des entrées

reliées aux lignes 180a, 180b et 180c. Chacun des cir-

cuits 201 à 203 a sa sortie reliée à l'un de trois cir-

cuits 206 à 208 ayant une fonction continue de transfert passant par le point (0,0) et ayant une pente de 1 dans le premier quadrant et un signal de sortie égal à 0 dans le troisième quadrant. Le signal de sortie de chacun des

circuits 206 à 208 est transmis par un circuit d'échan-

tillonnage et de maintien 212 à 214 à l'une des lignes de sortie 196a à 196c. Chacun des circuits 201 à 203 a aussi sa sortie reliée à l'un des trois circuits 218 à 220 qui ont une fonction de transfert passant par le point 0,0 et ayant une pente égale à 0 dans le premier quadrant et à 1/3 dans le troisième quadrant. Le signal de sortie de chacun de ces c rcuits 218 à 220 parvient à une entrée d'addition des deux circuits 201 à 203 qui ne sont pas reliés à son entrée. Dans cette configuration, lorsque

l'un des signaux capacitifs est négatifs, les signaux ca-

pacitifs de commande sont créés et corrigent les valeurs commandées afin que la correction optimale du facteur de

puissance soit assurée avec des capacités nulles ou posi-

tives seulement.

En résumé, le système 10 comprenant le circuit

142, assure la détection simultanée de la puissance réac-

tive des trois phases pendant un intervalle de 3600 de lafréquence de ligne, par intégration simultanée de trois signaux qui sont chacun proportionnels au produit d'un courant intégré de ligne (avec un déphasage de 90 par

rapport à l'onde fondamentale) et de la tension sinusol-

dale correspondante entre ligne et neutre. Les trois inté-

grateurs sont remis à zéro avant le début d'un nouveau cycle de mesure. En conséquence, grâce à l'intégration sur 360 , la puissance réactive est déterminée pendant

un cycle sans filtrage supplémentaire. Dans cette confi-

guration, l'intégrateur 176 assure une réduction harmoni-

que, un déphasage de 90 et une compensation de fréquence

(assurée par l'intégration du courant de ligne avant mul-

tiplication par la tension entre ligne et neutre). Le sys- tème considéré a une configuration en boucle fermée car une valeur de correction du facteur de puissance est déjà

présente en parallèle avec la charge et l'erreur de puis-

sance réactive est mesurée et la valeur de correction est alors modifiée par un circuit d'adaptation. Le système assure une correction du facteur de puissance en boucle fermée à vitesse relativement élevée et permet aussi le fonctionnement de charges inductives déséquilibrées entre

deux lignes ou entre ligne et neutre.

En général, les condensateurs de compensation ne sontpas connectés ou déconnectés pendant l'intervalle de mesure de 3600 afin que les erreurs de mesure soient évitées. Les nouvelles valeurs des capacités, calculées après une mesure, sont connectées au moment suivant permettant

une mise en circuit sans courant parasite.

Cette compensation de la puissance réactive rend minimaux les courants réactifs efficaces triphasés même lorsqu'une compensation totale n'est pas possible avec des condensateurs montés en triangle uniquement. Ce cas analogue se présente par exemple en présence d'une charge très déséquilibrée, par exemple une charge ayant un moteur

monophasé relié entré une ligne et le neutre.

Bien qu'on ait décrit et représenté des exemples

de circuit de correction du facteur de puissance en réfé-

rence aux figures 13 à 18 dans le cas d'un système généra-

teur inductif, il faut noter que des systèmes de ce type peuvent aussi être utilisés de façon plus générale pour d'autres types de correction du facteur de puissance, par exemple dans un circuit de correction locale du facteur de puissance à proximité d'une charge déséquilibrée variant

au cours du temps et qui est reliée à un réseau de distri-

bution.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son

cadre.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Circuit de correction du facteur de puisance d'un ensemble de distribution d'énergie électrique à n phases qui transmet de l'énergie à au moins n lignes (A, B, C> de puissance reliées chacune à une borne associée (14), ledit circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend A- un arrangement commuté (30) de condensateurs

à N étages, N étant un nombre entier, chaque étage compre-

nant n réseaux de condensateurs associés chacun à une

paire des n lignes de puissance, les réseaux de conden-

sateurs de chaque étage étant caractérisés chacun par une capacité prédéterminée pour cet étage, chaque réseau de condensateurs ayant un dispositif associé de commutation de condensateur commandé par un signal de déclenchement et destiné à relier sélectivement le réseau de condensateurs à la paire associée de.lignes de puissance, et B- un dispositif à réaction (34, 36) relié aux

lignes de puissance et comprenant un dispositif de déclen-

chement (36) destiné à-former des signaux de déclenchement, - le dispositif à réaction comprend un dispositif (60) de correction de facteur de puissance destiné à créer des signaux représentatifs des facteurs de puissance aux bornes respectives, le dispositif de réaction comprend un dispositif destiné à transmettre des signaux de facteur de puissance au dispositif de déclenchement (36) si bien

que l'ensemble de distribution d'énergie transmet patique-

ment de la puissance réelle uniquement à des charges exter-

nes reliées auxdites bornes, et - l'ensemble de distribution d'énergie comprend n+1 lignes de puissance dont l'une est une ligne neutre, et le dispositif de correction de facteur de puissance comprend un dispositif générateur des signaux de facteur de puissance pour chaque paire formée par une ligne et la ligne neutre, par intégration dans un intervalle de 3600 du produit de la tension entre ligne et neutre aux

bornes respectives et de l'intégrale de la composante alter-

native du courant de la ligne correspondante.

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif générateur de signaux de facteur de puissance comprend un dispositif (90) de modulation

par impulsions de largeur variable de signaux représenta-

tifs de tensions entre ligne et neutre afin qu'il crée un signal de sortie à deux états, et de démodulation des signaux représentatifs de ladite intégrale desdits courants avec le signal de sortie à deux états de manière qu'il crée

le signal de facteur de puissance.

3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif générateur de signaux de facteur de puissance comprend un dispositif (90) de modulation

par impulsions de largeur variable des signaux représenta-

tifs de l'intégrale des courants afin qu'il crée un si-

gnal de sortie à deux états, et de démodulation des signaux représentatifs des tensions entre ligne et neutre avec le signal de sortie à deux états afin qu'il crée le signal

de facteur de puissance.

4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de compensation des signaux de facteur de puissance par variation de l'amplitude de la forme d'onde de référence du dispositif de modulation par impulsions de largeur variable au double de la variation en pourcentage du changement de la tension de ligne en

pourcentage par rapport à la valeur nominale.

5. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de compensation des

signaux de facteur de puissance par variation de l'ampli-

tude de la forme d'onde de référence du dispositif de mo-

dulation par impulsionsde largeur variable au double de la variation en pourcentage du changement de la tension

de ligne en pourcentage par rapport à la valeur nominale.

6. Circuit de correction du facteur de puissance d'un ensemble de distribution d'énergie à n phases qui transmet de l'énergie par au moins n lignes de puissance (A, B, C) reliées chacune à une borne associée (14), ledit circuit étant caractérisé en ce qu'il comprend A. un arrangement commuté (30) de condensateurs

à N étages, N étant un nombre entier, chaque étage compre-

nant n réseaux de condensateurs associés chacun à une paire des n lignes de puissance, les réseaux de condensateurs de chaque étage comprenant chacun une capacité prédéterminée pour cet étage, chaque réseau de condensateurs ayant un dispositif associé de commutation de condensateurs commandé

par un signal de déclenchement et destiné à coupler sélec-

tivement le réseau de condensateurs à la paire associée de lignes de puissance, et B. un dispositif à réaction (34, 36) relié aux

lignes de puissance et comprenant un dispositif de déclen-

chement (36) destiné à former des signaux de déclenchement, - le dispositif à réaction comprend un dispositif de correction du facteur de puissance (60) destiné à former des signaux représentatifs des facteurs de puissance aux bornes respectives, le dispositif à réaction comprenant en outre un dispositif destiné à transmettre les signaux de facteur de puissance au dispositif de déclenchement

(36) afin que l'ensemble de distribution d'énergie trans-

mette pratiquement uniquement de la puissance réelle à des charges externes reliées auxdites bornes (14), et - le dispositif à réaction (34, 36) comprend en outre (1) un dispositif fonctionnant pendant un intervalle de mesure de courant et destiné à créer un jeu de premiers signaux représentatifs des tensions à des bornes respectives par rapport à un potentiel commun d'une ligne neutre, (2) un dispositif fonctionnant pendant un intervalle de- mesure de courant et destiné à créer un jeu de seconds signaux représentatifs des courants dans les lignes de sortie correspondantes, (3) un dispositif fonctionnant pendant un intervalle de mesure de courant et destiné à créer

à la fin de cet intervalle un jeu de signaux de puis-

sance réactive représentatifs des puissances réactives entre ligne et neutre auxdites bornes (14), (4) un dispositif destiné à transformer le

jeu de signaux de puissance réactive en un jeu corres-

pondant de signaux de correction correspondant à des écarts,

(5) un dispositif d'addition des jeux corres-

pondants de signaux de correction aux signaux correspon-

dants d'un jeu précédentde signaux de correction afin

qu'il forme un jeu de signaux remis à jour de correc-

tion, (6) un dispositif destiné à former un jeu de signaux de commande représentatifs des signaux remis à jour de correction et représentatifs chacun d'une capacité à coupler à la paire associée formée par une ligne et la ligne neutre, et

(7) un dispositif de transfert destiné à trans-

mettre les signaux de commande au dispositif de dé-

clenchement (34), si bien que la puissance réactive aux-

dites bornes (14) est sensiblement minimisée.

7. Cicrcuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif générateur de signaux de puissance réactive comprend - un dispositif générateur d'un jeu de signaux de

courant représentatifs de l'intégrale des courants res-

pectifs auxdites bornes, et - un dispositif générateur des signaux de puissance

-réactive, par intégration du produit des signaux corres-

pondants de courant et des tensions correspondantes entre

ligne et neutre auxdites bornes.

8. Circuit selon la revendication 6, caractérisé

en ce que chaque étage de l'arrangement (30) a ses ré-

seaux de condensateurs montés entre deux lignes de puis-

sance autres qu'une ligne neutre, chaque étage ayant une configuration en triangle, et - le dispositif générateur de signaux de commande

fonctionne lorsque l'un des signaux de commande est repré-

sentatif d'une capacité négative et modifie les signaux de commande de manière que le signal de commande du signal de valeur négative soit modifié d'une manière telle qu'il est représentatif de zéro alors que les autres signaux de commande sont modifiés afin que la capacité représentative soit réduite d'un multiple égal à 1/n de l'amplitude de

la valeur négative.

9. Circuit selon la revendications, caractérisé

en ce que chaque étage de l'arrangement (30) a ses réseaux de condensateurs montés entre deux lignes de puissance

autres qu'une ligne neutre, chaque étage ayant une con-

figuration en triangles et - le dispositif générateur de signaux de commande

fonctionne lorsque l'un des signaux de commande est repré-

sentatif d'une capacité négative et modifie les signaux de commande de manière que le signal de commande du signal de valeur négative soit modifié d'une manière telle qu'il est représentatif de zéro alors que les autres signaux de commande sont modifiés afin jue la capacité représentative soit réduite d'un multiple égal à 1/n de l'amplitude de

la valeur négative.